DE102008042171A1

DE102008042171A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102008042171A1
Application number: DE200810042171
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-18

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist einen Haltekörper (2), einen mit dem Haltekörper (2) verbundenen Düsenkörper (3), eine in dem Düsenkörper (3) angeordnete Schalthülse (10), die eine durchgehende, axiale Stufenbohrung (27) aufweist, und eine in der Stufenbohrung (27) angeordnete Innennadel (28) auf, die sich durch die Stufenbohrung (27) erstreckt. Dabei wirkt die Innennadel (28) mit einer an dem Düsenkörper (3) ausgebildeten Ventilsitzfläche (34) zu einem Dichtsitz zusammen. Ferner ist ein Federelement (43) vorgesehen, das die Innennadel (28) in Richtung auf die Ventilsitzfläche (34) des Düsenkörpers (3) mit einer Schließkraft beaufschlagt. Die Stufenbohrung (27) der Schalthülse (10) ist so ausgestaltet, dass die Schalthülse (10) zum Öffnen des Dichtsitzes die Innennadel (28) mitnimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 103 36 327 A1 ist ein Injektor für Kraftstoff-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkt einspritzenden Dieselmotoren, bekannt. Der bekannte Injektor weist einen in einem Injektorkörper angeordneten Piezoaktor auf, der über erste Federmittel einerseits mit dem Injektor, andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben in Anlage gehalten wird. Ferner sind ein mit dem Injektorkörper verbundener, mindestens eine Düsenaustrittsöffnung aufweisender Düsenkörper, in dem eine abgestufte erste Düsennadel axial verschieblich geführt ist, und innerhalb des Übersetzerkolbens angeordnete zweite Federmittel vorgesehen, welche zusammen mit dem rückseitig auf die erste Düsennadel einwirkenden Einspritzdruck die erste Düsennadel in Schließstellung halten. Weiterhin weist der Injektor einen am düsennadelseitigen Ende des Übersetzerkolbens ausgebildeten äußeren Steuerraum auf, der über einen Leckspalt mit einer unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoffzuführung in Verbindung steht, wobei die erste Düsennadel durch den im Steuerraum befindlichen Kraftstoff in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Hierbei ist die erste Düsennadel mit einem rückwärtigen Bereich, der einen größeren Durchmesser aufweist als ein düsenaustrittseitiger Bereich der ersten Düsennadel in den Innenraum des Übersetzerkolbens eingepasst. Die erste Düsennadel weist eine durchgehende, konzentrische, durch einen Absatz abgestufte Axialausnehmung auf, in die eine ebenfalls durch einen Absatz entsprechend abgestufte zweite Düsennadel axial verschieblich eingepasst ist. In dem Innenraum des Übersetzerkolbens ist eine zweite Schraubendruckfeder angeordnet, die auf die erste Düsennadel eine in Schließrichtung gerichtete Kraft ausübt. Durch die zweite Druckfeder wird die erste Düsennadel während der Pausen zwischen den Einspritzvorgängen und bei Stillstand des Fahrzeugs geschlossen gehalten. Innerhalb der Axialausnehmung zwischen deren Absatz und dem Absatz der zweiten Düsennadel ist ein zweiter innerer Steuerraum ausgebildet, der mit dem äußeren ersten Steuerraum in hydraulischer Verbindung steht, wobei die Steuerraumvolumina und die von den Steuerraumdrücken beziehungsweise von dem Druck der Kraftstoffzuführung beziehungsweise vom Federmitteldruck beaufschlagten Flächen der Düsennadel so aufeinander abgestimmt sind, dass sich die beiden Düsennadeln durch Veränderung der am Piezoaktor anliegenden elektrischen Spannung nacheinander öffnen lassen.
Der aus der DE 103 36 327 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass die Ausgestaltung der beiden Düsennadeln relativ aufwändig ist. Ferner sind mehrere miteinander kommunizierende, mit Brennstoff gefüllte Räume, insbesondere Steuerräume, vorgesehen und mehrere Führungsflächen erforderlich, so dass während der Lebensdauer Fehlfunktionen auftreten können.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine vorteilhafte Nadelsteuerung mit einer hohen Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Speziell besteht der Vorteil, dass ein Schließen der Innennadel zum Schließen des zwischen der Innennadel und der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers gebildeten Dichtsitzes durch das Federelement erfolgt oder durch dieses unterstützt ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist es, dass die Stufenbohrung der Schalthülse eine konische Mitnahmefläche aufweist, die zum Mitnehmen der Düsennadel mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Innennadel zusammenwirkt. Die Schalthülse zieht die Innennadel gewissermaßen gegen die Kraft des Federelements mit, wodurch der Dichtsitz zwischen der Innennadel und der Ventilsitzfläche geöffnet wird. Dadurch ist eine schnelle und direkte Steuerung zum Öffnen des Dichtsitzes ermöglicht.
Vorteilhaft ist es, dass im geschlossenen Zustand zwischen der Mitnahmefläche der Stufenbohrung der Schalthülse und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Innennadel ein ringspaltförmiger Mitnahmeraum ausgestaltet ist. Dadurch kann die Innennadel von dem Federelement zuverlässig in der geschlossenen Stellung gehalten werden. Außerdem werden ein Prellen, das beim Schließen der Schalthülse auftreten kann, oder Druckschwingungen, die auf die Schalthülse einwirken, nicht oder nur ausreichend gedämpft auf die Innennadel übertragen. Dadurch ist ein zuverlässiges Schließen des zwischen der Düsennadel und der Ventilsitzfläche gebildeten Dichtsitzes möglich.
In vorteilhafter Weise ist der ringspaltförmige Mitnehmerraum über ein Schaftspiel zwischen der Schalthülse und einem Schaft der Innennadel mit einem Brennstoffraum des Düsenkörpers verbunden, der durch die Ventilsitzfläche des Düsenkörpers begrenzt ist. Aus diesem Brennstoffraum wird beim Öffnen des zwischen der Innennadel und der Ventilsitzfläche gebildeten Dichtsitzes Brennstoff über den geöffneten Dichtsitz abgespritzt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Mitnehmerraum mit unter relativ hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt wird, wenn die Schalthülse öffnet, so dass die durch die Schalthülse vermittelte Öffnungsbewegung auf die Innennadel durch den hohen Druck unterstützt und fortgeführt wird.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die Verbindung des Brennstoffraums des Düsenkörpers mit dem Mitnehmerraum, die über das Schaftspiel vermittelt ist, durch einen Sitz zwischen der Schalthülse und der Ventilsitzfläche gesteuert ist, wobei beim Abheben der Schalthülse von der Ventilsitzfläche die Verbindung des Brennstoffraums mit dem Mitnehmerraum hergestellt ist und ansonsten gesperrt ist. Durch den im Mitnehmerraum erzeugten hohen Druck beim Öffnen der Schalthülse kann dadurch die Schließkraft des Federelements auf die Innennadel überwunden werden. Dadurch kann die Innennadel vollständig geöffnet werden.
Vorteilhaft ist es, dass die Schalthülse eine Stirnfläche aufweist, die einen Steuerraum begrenzt, dass der Steuerraum über eine gedrosselte Verbindung mit einem weiteren Steuerraum verbunden ist, der von einem Steuerraumkolben begrenzt ist, und dass ein piezoelektrischer Aktor vorgesehen ist, der zum Betätigen der Schalthülse auf den Steuerraumkolben einwirkt. Auf diese Weise kann ein Koppler gebildet sein, der zum hydraulischen Betätigen der Schalthülse mittels des piezoelektrischen Aktors dient. Dabei kann ein relativ kleiner piezoelektrischer Aktor vorgesehen sein, der ein relativ kleines Hub- und Kraftvermögen aufweist. Die Nadelschließkraft kann dabei durch das Federelement aufgebracht werden. Die Druckflächen der Schalthülse sind vorzugsweise so dimensioniert, dass sowohl im geschlossenen als auch im vollständig geöffneten Zustand die Innennadel weitgehend Druck ausgeglichen ist oder eine leichte Kraftkomponente in Richtung auf die Ventilsitzfläche besteht. Dabei kann die Innennadel in vorteilhafter Weise durch den Steuerraum geführt sein.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die Innennadel eine Stirnfläche aufweist, die in einem druckentlasteten Raum angeordnet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass in dem druckentlasteten Raum das Federelement angeordnet ist, das die Innennadel in Richtung auf die Ventilsitzfläche des Düsenkörpers mit der Schließkraft beaufschlagt und dass das Federelement an der Stirnfläche der Innennadel abgestützt ist. Dabei kann der druckentlastete Raum mit einem drucklosen Leckagerücklauf verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass keine Absteuerung von Steuermengen erforderlich ist. Hierbei ist lediglich eine Leckage über den Leckagerücklauf abzuleiten. Somit ist kein Rücklaufrail oder dergleichen erforderlich, sondern nur eine kostengünstige Leckölleitung, die an den Leckagerücklauf des Brennstoffeinspritzventils angeschlossen wird. Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine auf die Innennadel wirkende Nadelschließkraft zum Schließen des zwischen der Innennadel und der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers gebildeten Dichtsitzes zumindest im Wesentlichen von dem Federelement aufgebracht ist. Somit schließt die Innennadel aufgrund der Nadelschließkraft des Federelements, wenn die Schalthülse die Innennadel freigibt. Dies ermöglicht ein sehr schnelles Nadelschließen. Außerdem kann die Nadelschließkraft dadurch druckunabhängig erfolgen. Ferner können Druckschwingungen im Sitz, das heißt in dem zwischen der Innennadel und der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers gebildeten Dichtsitz, verhindert werden. Außerdem ergeben sich Vorteile in Bezug auf Verschleiß und Belastung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand;
2 das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil in einem geöffneten Zustand und
3 ein schematisches Diagramm zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Haltekörper 2 und einen mit dem Haltekörper 2 verbundenen Düsenkörper 3 auf. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Zwischenscheibe 4 dargestellt, die zwischen dem Haltekörper 2 und dem Düsenkörper 3 eingespannt ist. Die Verbindung des Düsenkörpers 3 mit dem Haltekörper 2 kann beispielsweise über eine Spannmutter oder dergleichen erfolgen.
In dem Haltekörper 2 ist ein mit Brennstoff gefüllter Aktorraum 5 ausgebildet, wobei der im Aktorraum vorgesehene Brennstoff im Betrieb unter hohem Druck steht. In dem Aktorraum 5 ist ein piezoelektrischer Aktor 5 angeordnet. Der Aktorraum 5 ist über eine in der Zwischenscheibe 4 ausgebildete Hochdruck-Zulaufbohrung 7 mit einem Brennstoffraum 8 im Düsenkörper 3 verbunden. Somit befindet sich im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 im Brennstoffraum 8 ebenfalls unter hohem Druck stehender Brennstoff.
In dem Brennstoffraum 8 des Düsenkörpers 3 ist eine Schalthülse 10 angeordnet. Ferner ist in dem Brennstoffraum 8 des Düsenkörpers 3 eine Steuerraumhülse 11 angeordnet, in der die Schalthülse 10 abschnittsweise geführt ist. Die Steuerraumhülse 11 ist dabei mittels einer Feder 12 gegen die Zwischenscheibe 4 beaufschlagt, wobei eine Dichtkante 13 der Steuerraumhülse 11 an der Zwischenscheibe 4 anliegt. Die Schalthülse 10 weist eine der Zwischenscheibe 4 zugewandte Stirnfläche 14 auf. Die Stirnfläche 14 der Schalthülse 10, die Steuerraumhülse 11 und die Zwischenscheibe 4 begrenzen einen Steuerraum 15.
In dem Aktorraum 5 ist eine weitere Steuerraumhülse 16 angeordnet, die von einer Feder 17 beaufschlagt ist. Dabei liegt eine Dichtkante 18 der weiteren Steuerraumhülse 16 an der Zwischenscheibe 4 an. In der weiteren Steuerraumhülse 16 ist ein Steuerraumkolben 19 geführt. Der Steuerraumkolben 19 ist mit dem piezoelektrischen Aktor 6 verbunden, wobei der piezoelektrische Aktor 6 den Steuerraumkolben 19 in axialer Richtung, das heißt entlang einer Achse 20 des Brennstoffeinspritzventils 1, verstellen kann. Der Steuerraumkolben 19, die weitere Steuerraumhülse 16 und die Zwischenscheibe 4 begrenzen einen weiteren Steuerraum 21, wobei durch die Betätigung des piezoelektrischen Aktors 6 der Druck im weiteren Steuerraum 21 reduziert oder erhöht werden kann. Insbesondere kann bei einer Betätigung des piezoelektrischen Aktors 6 der Druck des in dem weiteren Steuerraum 21 vorgesehenen Brennstoffs zusammenbrechen. Der weitere Steuerraum 21 steht über eine in der Zwischenscheibe 4 ausgebildete Drosselbohrung 22 in gedrosselter Verbindung mit dem Steuerraum 15. Somit kann über die Beeinflussung des Drucks im weiteren Steuerraum 21 der Druck im Steuerraum 15 gesteuert werden.
Die Schalthülse 10 ist in einer Bohrung 25 des Düsenkörpers 3 geführt. Hierbei weist die Schalthülse 10 eine oder mehrere Ausnehmungen 26 auf, um einen weitgehend ungedrosselten Fluss von Brennstoff durch den Brennstoffraum 8 zu ermöglichen. Die Schalthülse 10 kann anstelle der Ausnehmungen 26 auch Abflachungen aufweisen, um einen weitgehend ungedrosselten Fluss des Brennstoffs durch den Brennstoffraum 8 zu ermöglichen. Speziell ist es möglich, dass die Schalthülse 10 zumindest abschnittsweise als Dreikant ausgestaltet ist, wodurch zum einen eine Führung in der Bohrung 25 und zum anderen ein ungedrosselter Fluss von Brennstoff durch den Brennstoffraum 8 ermöglicht ist.
Die Schalthülse 10 weist eine Stufenbohrung 27 auf. In der Stufenbohrung 27 der Schalthülse 10 ist eine Innennadel 28 angeordnet. Die Stufenbohrung 27 ist als durchgehende axiale Stufenbohrung 27 ausgestaltet. Die Innennadel 28 erstreckt sich durch die gesamte Stufenbohrung 27 und steht beidseitig über die Schalthülse 10 hinaus. Die Innennadel 28 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 29, einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 30, einen zylinderförmigen Schaft 31 und einen Ventilschließkörper 32 auf. Der zylinderförmige Abschnitt 29 weist dabei einen größeren Durchmesser auf als der zylinderförmige Schaft 31. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 30 verjüngt sich von dem zylinderförmigen Abschnitt 29 zu dem Schaft 31.
Die Innennadel 28 ist an ihrem zylinderförmigen Abschnitt 29 in der Schalthülse 10 geführt. Ferner ist in der Zwischenscheibe 4 ein druckentlasteter Raum 33 vorgesehen, der durch eine Sacklochbohrung in der Zwischenscheibe 4 gebildet ist. Der zylinderförmige Abschnitt 29 der Innennadel 28 ist in der Bohrung, die den druckentlasteten Raum 33 bildet, geführt. Dabei erstreckt sich der zylinderförmige Abschnitt 29 der Innennadel 28 durch den Steuerraum 15.
Der Düsenkörper 3 weist eine Ventilsitzfläche 34 auf, die mit dem Ventilschließkörper 32 der Innennadel 28 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Hierbei ist der Dichtsitz an einem Sitz 35 des Ventilschließkörpers 32 der Innennadel 28 gebildet. Ferner ist zwischen der Schalthülse 10 und der Ventilsitzfläche 34 ein Dichtsitz an einem Sitz 36 für die Schalthülse 10 gebildet. Zwischen dem Sitz 35 der Innennadel 28 und dem Sitz 36 der Schalthülse 10 ist ein Sitzraum 37 gebildet. Ferner ist unterhalb des Sitzes 35, das heißt in Strömungsrichtung von dem Sitz 35 betrachtet stromabwärts des Sitzes 35, ein Sackloch 38 in dem Düsenkörper 3 ausgebildet. Von dem Sackloch 38 zweigen ein oder mehrere Spritzlöcher 39 ab. Spritzlöcher können auch im Sitzbereich vorgesehen sein.
Die Schalthülse 10 weist eine konische Mitnahmefläche 40 auf, die an den kegelstumpfförmigen Abschnitt 30 der Innennadel 28 angepasst ist. Die konische Mitnahmefläche 40 ist dabei Teil der Stufenbohrung 27. Ferner ist zwischen der Stufenbohrung 27 und dem Schaft 31 der Innennadel 28 ein Schaftspiel vorgesehen.
In dem in der 1 dargestellten, geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1, in dem der zwischen dem Ventilschließkörper 32 und der Ventilsitzfläche 34 gebildete Dichtsitz am Sitz 35 geschlossen ist, ist zwischen der konischen Mitnahmefläche 40 der Stufenbohrung 27 der Schalthülse 10 und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 30 der Innennadel 28 ein ringspaltförmiger Mitnehmerraum 42 gebildet. Der Mitnehmerraum 42 steht dabei über das Schaftspiel 41 mit dem Sitzraum 37 in Verbindung. Beim Öffnen des Sitzes 36 zwischen der Schalthülse 10 und der Ventilsitzfläche 34 gelangt der Mitnehmerraum 42 über das Schaftspiel 41 in Verbindung mit dem Brennstoffraum 8. Dies unterstützt das Öffnen der Innennadel 28.
Beim Betätigen der Schalthülse 10 wird diese in axialer Richtung auf die Zwischenscheibe 4 bewegt. Dabei öffnet sich der Sitz 36 zwischen der Schalthülse 10 und der Ventilsitzfläche 34. Die Schalthülse 10 nimmt dabei die Innennadel 28 mit. Die Mitnahme erfolgt dabei zunächst durch Reduzieren des Mitnehmerraums 42, wobei dieser verschwindet, und mechanische Mitnahme der Innennadel 28 durch die Schalthülse 10. Die Schalthülse 10 greift hierbei gewissermaßen mit ihrer konischen Mitnahmefläche 40 an dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 30 der Innennadel 28 an. Hierdurch öffnet sich der zwischen dem Ventilschließkörper 32 der Innennadel 28 und der Ventilsitzfläche 34 gebildete Dichtsitz am Sitz 35.
Hierbei füllt sich auch der Sitzraum 37 mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff aus dem Brennstoffraum 8. Über das Schaftspiel 41 gelangt der unter hohem Druck stehende Brennstoff auch zu dem Mitnehmerraum 42 zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 30 der Innennadel 28 und der konischen Mitnahmefläche 40, wobei der Mitnehmerraum 42 zunächst ein verschwindendes Volumen hat. Dies ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 im weiteren Detail beschrieben.
2 zeigt den in 1 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 in einer vollständig geöffneten Stellung. Hierbei erfolgt die mechanische Mitnahme gegen die Schließkraft eines Federelements 43, das in dem druckentlasteten Raum 33 angeordnet ist. Das Federelement 43 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Feder ausgestaltet. Dabei stützt sich das Federelement 43 einerseits an der Sacklochbohrung ab, die den druckentlasteten Raum 33 bildet. Andererseits stützt sich das Federelement 43 an einer Stirnfläche 44 des zylinderförmigen Abschnitts 29 der Innennadel 28 ab.
Über das Schaftspiel 41 gelangt der unter hohem Druck stehende Brennstoff in den Mitnehmerraum 42, der sich zunehmend mit Brennstoff füllt. Dadurch kann die Schließkraft des Federelements 43 vollständig überwunden werden, so dass die Innennadel 28 weiter in einer Öffnungsrichtung 45 verstellt wird. In der 2 ist die vollständig geöffnete Stellung dargestellt. An der Stirnfläche 44 der Innennadel 28 ist ein Anschlagelement 46 vorgesehen, das im vollständig geöffneten Zustand an der Sacklochbohrung, die den druckentlasteten Raum 43 bildet, anschlägt. Dadurch ist eine Überlastung des Federelements 43 verhindert und ein definierter Öffnungshub der Innennadel 28 vorgegeben.
Im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 gelangt der unter hohem Druck stehende Brennstoff aus dem Brennstoffraum 8 über die Spritzfläche 39 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie es in der 2 veranschaulicht ist.
Zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 betätigt der piezoelektrische Aktor 6 den Steuerraumkolben 19 in Richtung auf die Zwischenscheibe 4, so dass der Druck im weiteren Steuerraum 21 ansteigt, was einen Druckanstieg im Steuerraum 15 zur Folge hat. Dadurch wird die Steuerraumhülse 11 entgegen der Öffnungsrichtung 45 verstellt, so dass die Schalthülse 10 schließt. Hierbei gelangt die Schalthülse 10 in Anlage an dem Sitz 36 an der Ventilsitzfläche 34. Hierdurch bricht der Druck im Sitzraum 37 zusammen, wodurch auch der Druck im Mitnehmerraum 42 zusammenbricht. Durch die Schließkraft des Federelements 43 wird die Innennadel 28 geschlossen. Das Schließen erfolgt hierbei federgesteuert. Insbesondere ist das Schließen der Innennadel 28 druckunabhängig. Beim Schließen der Innennadel 28 wird auch der zwischen dem Ventilschließkörper 32 und der Ventilsitzfläche 34 am Sitz 35 gebildete Dichtsitz wieder geschlossen. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist dann wieder in der in der 1 dargestellten Stellung.
Zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt 29 der Innennadel 28 und der Zwischenscheibe 4 ist ein Leckagespalt 47 zur Führung der Innennadel 28 gebildet. Der druckentlastete Raum 33 ist mit einem drucklosen Leckagerücklauf 48 verbunden. Somit erfolgt keine Absteuerung von Steuermengen. Der Leckagerücklauf 48 kann dadurch mit einer kostengünstigen Leckölleitung verbunden werden. Ein Rücklaufrail ist nicht erforderlich.
3 zeigt ein schematisches Diagramm zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Hierbei ist an der Abszisse die Zeit t angetragen. An der Ordinate sind zur Vereinfachung der Darstellung sowohl mehrere Drucke P als auch mehrere Hübe H dargestellt.
In der 3 sind exemplarisch folgende Drucke P gewählt:
Der Druck P₅ im Aktorraum 5 der gleich dem Hochdruck des Hochdruckzulaufs, insbesondere eines Common-Rails, speziell eines Mini-Rails, ist,
der Druck P₂₁ im weiteren Steuerraum 21, der direkt durch die Betätigung des piezoelektrischen Aktors 6 beeinflusst ist,
der Druck P₃₃ im druckentlasteten Druck 33, der als Ablaufraumdruck für die Innennadel 28 dient,
der Druck P₁₅ im Steuerraum 15, der über die gedrosselte Verbindung mittels der Drosselbohrung 22 von dem Druck P₂₁ im weiteren Steuerraum 21 abhängt,
der Druck P₈ im Brennstoffraum 8, der im Wesentlichen gleich dem Druck P₅ im Aktorraum 5 ist, da der Aktorraum 5 über die Hochdruck-Zulaufbohrung 7 mit dem Brennstoffraum 8 verbunden ist,
der Druck P₃₇ im Sitzraum 37 zwischen den Sitzen 35, 36 an der Ventilsitzfläche 34, der wesentlich von der Stellung der Schalthülse 10 abhängt,
der Druck P₃₈ im Sackloch 38, das in Strömungsrichtung gesehen unterhalb des Sitzes 36 der Innennadel 28 liegt, und
der Druck P₄₂ im Mitnehmerraum 42 zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 30 der Innennadel 28 und der konischen Mitnahmefläche 40 der Schalthülse 10.
Außerdem sind exemplarisch die folgenden Hübe H dargestellt:
Der Hub H₁₀ der Schalthülse 10 in der Öffnungsrichtung 45,
der Hub H₁₉ des Steuerraumkolbens 19, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Hub des piezoelektrischen Aktors 6 ist, und
der Hub H₂₈ der Innennadel 28 in der Öffnungsrichtung 45.
Durch die Betätigung des piezoelektrischen Aktors 6 wird der Hub H₁₉ des Steuerraumkolbens 19 bewirkt. Dies resultiert in einer Absenkung des Drucks P₂₁ im weiteren Steuerraum 21. Dadurch kommt es zu einer Absenkung des Drucks P₁₅ im Steuerraum 15. Durch diese Absenkung des Drucks P₁₅ im Steuerraum 15 wird ein Hub H₁₀ der Schalthülse 10 verursacht. Somit wird der Sitz 36 zwischen der Schalthülse 10 und der Ventilsitzfläche 34 geöffnet, so dass der Druck P₃₇ im Sitzraum 37 ansteigt. Außerdem wird durch den Hub H₁₀ der Schalthülse 10 zugleich auch eine mechanische Mitnahme der Innennadel 28 erreicht, was in einem gewissen Hub H₂₈ der Innennadel 28 resultiert.
Durch den Anstieg des Drucks P₃₇ im Sitzraum 37 wird die Öffnung der Innennadel 28 weiter unterstützt, wobei der Druck P₄₂ im Mitnehmerraum 42 ansteigt. Der Anstieg des Drucks P₄₂ im Mitnehmerraum unterstützt das Öffnen der Innennadel 28. Dabei wird durch den Druck P₄₂ im Mitnehmerraum 42 auch die Schließkraft des Federelements 43 auf die Innennadel 28 überwunden. Somit kommt es zu einem vollständigen Öffnen der Innennadel 28, so dass der Hub H₂₈ seinen Maximalwert annimmt, der hier beispielsweise mit 160 μm angegeben ist. Der Hub H₁₀ der Schalthülse 10 ist allerdings geringer und hier beispielsweise mit 60 μm angegeben.
Somit kann auch bei einem relativ geringen Hub H₁₉ des Steuerraumkolbens 19, der hier beispielsweise mit 30 μm angegeben ist, ein zunächst etwas größerer Hub H₁₀ der Schalthülse 10 erreicht werden und schließlich ein sehr viel größerer Hub H₂₈ der Innennadel 28 erreicht werden.
Durch Zurückstellen des Steuerraumkolbens 19, bei dem der Hub H₁₉ von 30 μm auf 0 zurückgestellt wird, wird der Druck P₂₁ im weiteren Steuerraum 21 wieder angehoben. Dies wirkt sich in einem Anstieg des Drucks P₁₅ im Steuerraum 15 aus. Durch den Anstiegs P₁₅ im Steuerraum 15 wird der Hub H₁₀ der Schalthülse 10 wieder auf 0 zurückgestellt, so dass der Druck P₃₇ im Sitzraum 37 und der Druck P₄₂ im Mitnehmerraum 42 zusammenbrechen.
Durch die Schließkraft des Federelements 43 wird die Innennadel 28 zurückgestellt, wodurch der Hub H₂₈ rasch von einem Maximalwert auf 0 zurückgelangt. Dadurch bricht der Druck P₃₈ im Sackloch 38 zusammen und der Abspritzvorgang ist beendet.
Der Druck P₃₃ im druckentlasteten Raum 33 bleibt die ganze Zeit auf einem im Wesentlichen gleich bleibenden niedrigen Niveau, da beim Ansteuern der Innennadel 28 keine Steuermenge abgesteuert wird. Es bleibt dabei bei einer relativ geringen Leckage über den Leckagespalt 47.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10336327 A1 [0002, 0003]

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Haltekörper (2), einem mit dem Haltekörper (2) verbundenen Düsenkörper (3), einer in dem Düsenkörper (3) angeordneten Schalthülse (10), die eine durchgehende, axiale Stufenbohrung (27) aufweist, und einer in der Stufenbohrung (27) angeordneten Innennadel (28), die sich durch die Stufenbohrung (27) erstreckt, wobei die Innennadel (28) mit einer an dem Düsenkörper (3) ausgebildeten Ventilsitzfläche (34) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei ein Federelement (43) vorgesehen ist, das die Innennadel (28) in Richtung auf die Ventilsitzfläche (34) des Düsenkörpers (3) mit einer Schließkraft beaufschlagt und wobei die Stufenbohrung (27) der Schalthülse (10) so ausgestaltet ist, dass die Schalthülse (10) zum Öffnen des Dichtsitzes zwischen der Innennadel (28) und der Ventilsitzfläche (34) die Innennadel (28) mitnimmt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbohrung (27) der Schalthülse (10) eine konische Mitnahmefläche (40) aufweist, die zum Mitnehmen der Innennadel (28) mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (30) der Innennadel (28) zusammenwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand zwischen der Mitnahmefläche (40) der Stufenbohrung (27) der Schalthülse (10) und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt (30) der Innennadel (28) ein ringspaltförmiger Mitnehmerraum (42) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringspaltförmige Mitnehmerraum (42) über ein Schaftspiel (41) zwischen der Schalthülse (10) und einem Schaft (31) der Innennadel (28) mit einem Brennstoffraum (8) des Düsenkörpers (3) verbindbar ist, der durch die Ventilsitzfläche (34) des Düsenkörpers (3) begrenzt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Mitnehmerraums (42) über das Schaftspiel (41) mit dem Brennstoffraum (8) über einen Sitz (36) zwischen der Schalthülse (10) und der Ventilsitzfläche (34) gesteuert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (10) eine Stirnfläche (14) aufweist, die einen Steuerraum (15) begrenzt, dass der Steuerraum (15) über eine gedrosselte Verbindung mit einem weiteren Steuerraum (21) verbunden ist, der von einem Steuerraumkolben (19) begrenzt ist, und dass ein piezoelektrischer Aktor (6) vorgesehen ist, der zum Betätigen der Schalthülse (10) auf den Steuerraumkolben (19) einwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innennadel (28) durch den Steuerraum (15) geführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innennadel (28) eine Stirnfläche (44) aufweist, die in einem druckentlasteten Raum (33) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem druckentlasteten Raum (33) das Federelement (43) angeordnet ist, dass die Innennadel (28) in Richtung auf die Ventilsitzfläche (34) des Düsenkörpers (3) mit der Schließkraft beaufschlagt, und dass das Federelement (43) an der Stirnfläche (34) der Innennadel (28) abgestützt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der druckentlastete Raum (33) mit einem drucklosen Leckagerücklauf (48) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Innennadel (28) wirkende Nadelschließkraft zum Schließen des zwischen der Innennadel (28) und der Ventilsitzfläche (34) des Düsenkörpers (3) gebildeten Dichtsitzes zumindest im Wesentlichen von dem Federelement (43) aufgebracht ist.